DE102009012145B4 - Process for the production of components, as well as components themselves - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für elektrische Kontakte oder elektrische Verbindungselemente, welche in einem Bereich von Kontaktflächen mit einer partiellen Edelmetallbeschichtung versehen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile zur Verwendung in der Mittel- oder Hochspannungungstechnik insgesamt zunächst mit einer elektrischen bzw. elektrisch isolierenden Passivierungsschicht versehen werden oder chemisch nach dem bekannten Sol-Gel Verfahren beschichtet werden, oder mit einer Kunststoffbeschichtung beschichtet werden, und dass anschließend diese Passivierung an Kontaktstellen chemisch oder mechanisch entfernt wird, und das gesamte Bauteil anschließend in ein elektrolytisches Bad gegeben wird, in welchem auf diese Weise das Edelmetall nur auf Partien des Bauteiles abscheidet, an welchem die Passivierung entfernt wurde.Method for producing components for electrical contacts or electrical connecting elements which are provided with a partial noble metal coating in a region of contact areas, characterized in that the components for use in medium or high voltage technology are initially provided with an electrical or electrically insulating passivation layer be or chemically coated according to the known sol-gel process, or coated with a plastic coating, and that this passivation is then removed chemically or mechanically at contact points, and the entire component is then placed in an electrolytic bath, in which way deposits the precious metal only on parts of the component on which the passivation has been removed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, sowie Bauteil selbst, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6. Für elektrische Bauteile wie Schalter, Kontakte von Schaltern und elektrische Verbinder ist es gewünscht bestmögliche, d. h. möglichst niedrige ohmsche Übergangswiderstände im Kontaktbereich zu haben. Hierzu ist es bekannt insbesondere Kontaktstellen zu versilbern oder zu vergolden. Dies sind teure Edelmetalle. Der elektrisch leitende Körper selbst hingegen ist im Übrigen aus einem elektrisch hoch leitfähigen Material wie Aluminium, und nur die Kontaktstellen sind dabei mit teueren Edelmetallen wie Gold oder Silber bedeckt. Die Herstellung solcher zumeist aufgedampften Kontakte ist technisch aber auch aufwändig und schwierig, insbesondere um hierbei eine gleichbleibende Qualität solcher partieller Edelmetallbeschichtungen herzustellen. Ganz besonderen Anforderungen unterliegen solche Bauteile bzw Kontaktbauteile in Mittel- und ggfs Hochspannungsschaltanlagen. Hierbei sind großvolumige Bauteile notwendig die zumeist aus Aluminium bestehen. Deren partielle im elektrischen Kontakt- oder Kontaktierungsbereich vorgenommene Versilberungen oder Vergoldungen müssen solide ausgeführt sein, und insbesondere wegen der hohen Spannungswerte niedrigste ohmsche Widerstände ermöglichen, aber zugleich ein hohe Stromtragfähigkeit im Übergangsbereich der zumeist verschraubten Kontakstellen ermöglichen. Aus der DE-AS-25 36 985 sowie aus der DE 33 36 130 A1 sind Kontaktbeschichtungen aus Edelmetallen für den Einsatz in der Niederspannungstechnik bereits bekannt. Dabei wird die Beschichtung ohne bereichsabgrenzende Mittel vorgenommen. Dies ist für den Einsatz in der Mittel- oder Hochspannungstechnik so nicht einsetzbar, weil unter dem Einfluss von Stör- oder Schaltlichtbögen eine höhere Oberflächenbeanspruchung erfolgt.The present invention relates to a method for the production of components, and component itself, according to the preamble of claims 1 and 6. For electrical components such as switches, contacts of switches and electrical connectors, it is desirable to have the best possible, ie the lowest possible resistances in the contact area. For this purpose, it is known in particular to silver or gold-plated contact points. These are expensive precious metals. By contrast, the electrically conductive body itself is made of an electrically highly conductive material such as aluminum, and only the contact points are covered with expensive precious metals such as gold or silver. The preparation of such mostly vapor-deposited contacts is technically but also complicated and difficult, in particular in order to produce a consistent quality of such partial noble metal coatings. Very special requirements are subject to such components or contact components in central and, if necessary, high-voltage switchgear. This large-volume components are necessary which are mostly made of aluminum. Their partial silver plating or gold plating made in the electrical contact or contacting area must be solid, and in particular because of the high voltage values enable the lowest ohmic resistances, but at the same time enable a high current carrying capacity in the transition region of the usually screwed-on contact points. From the DE-AS-25 36 985 as well as from the DE 33 36 130 A1 Contact coatings made of precious metals are already known for use in low-voltage technology. In this case, the coating is carried out without area-limiting means. This is not suitable for use in medium or high voltage technology, because under the influence of interference or switching arcs, a higher surface stress occurs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Bauteil selbst dahingehend weiterzuentwickeln, dass unter minimalem Materialeinsatz von Edelmetallen eine einfachere Herstellung der partiellen Oberflächenbehandlung möglich ist, die ebenso eine optimale Stromtragfähigkeit für den Einsatz in der Mittel und Hochspannungstechnik aufweist.The invention is therefore based on the object further develop a method and a component itself to the effect that with minimal use of precious metals easier production of partial surface treatment is possible, which also has an optimal current carrying capacity for use in medium and high voltage technology.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The object is achieved according to the invention in a method of the generic type by the characterizing features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.Further advantageous embodiments of the method are specified in the dependent claims 2 to 5.

Im Hinblick auf ein Bauteil der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 gelöst. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben. Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist hierbei, dass die Bauteile zur Verwendung in der Mittel- oder Hochspannungungstechnik insgesamt zunächst mit einer elektrischen/elektrisch isolierenden Passivierungsschicht versehen werden oder chemisch nach dem bekannten Sol-Gel Verfahren beschichtet werden, oder mit einer Kunststoffbeschichtung beschichtet werden, und dass anschließend diese Passivierung an Kontaktstellen chemisch oder mechanisch entfernt wird, und das gesamte Bauteil anschließend in ein elektrolytisches Bad gegeben wird, in welchem auf diese Weise das Edelmetall nur auf Partien des Bauteiles abscheidet, an welchem die Passivierung entfernt wurde. Auf diese Weise wird nur soviel Edelmetall aufgebracht, wie auch benötigt wird.With regard to a component of the generic type, the stated object is achieved by the characterizing features of claim 6. Further advantageous embodiments are specified in the remaining dependent claims. The core of the process according to the invention here is that the components for use in medium or high voltage engineering are initially provided with an electrically / electrically insulating passivation layer or chemically coated by the known sol-gel process, or coated with a plastic coating, and that Subsequently, this passivation is removed chemically or mechanically at contact points, and the entire component is then placed in an electrolytic bath, in which in this way the noble metal is deposited only on portions of the component on which the passivation was removed. In this way, only as much precious metal is applied, as is needed.

Durch die auf die Abscheidungsstelle konzentrierte Abscheidung wird außerdem durch die mit der Elektrolyse einstellbaren Parameter der Vorgang im Höchstmaß reproduzierbar. Durch die elektrisch passivierte Oberfläche des Bauteiles im Übrigen wird nirgendwo sonst auf dem Bauteil in der Elektrolyse Edelmetall abgeschieden. The deposition, which is concentrated on the deposition site, also makes the process reproducible to the utmost extent by the parameters which can be set with the electrolysis. By the electrically passivated surface of the component by the way nowhere else on the component in the electrolysis noble metal is deposited.

Hierdurch wird das Verfahren deutlich vereinfacht, aber zugleich eine hohe Reproduzierbarkeit möglich. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das Bauteil aus Aluminium besteht und die Passivierungschicht aus einer als Eloxierung bezeichneten elektrolytisch erzeugten Aluminiumoxidschicht besteht. Im Falle einer chemischen Abscheidung kann das sog. Sol-Gel-Verfahren Anwendung finden. Bei dieser Materialwahl ist die Herstellung einer Passivierungsschicht auf einfache Weise möglich. Aluminium ist dabei ein unedles Material, welches aber eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. An elektrischen Kontaktflächen hingegen können korrosive Prozesse mit anderen Materialen erfolgen. Um dies an den Kontaktflächen zu vermeiden und einen möglichst geringen und zeitstabil niedrigen elektrischen Übergangswiderstand zu gewährleisten sind diese Kontaktflächen, und nur diese mit einem Edelmetall wie Gold oder Silber beschichtet.As a result, the process is significantly simplified, but at the same time a high reproducibility possible. In a further advantageous embodiment, it is stated that the component consists of aluminum and the passivation layer consists of an electrolytically produced aluminum oxide layer designated as anodization. In the case of a chemical deposition, the so-called sol-gel method can be used. With this choice of material, the production of a passivation layer is possible in a simple manner. Aluminum is a non-precious material, but which has a relatively high electrical conductivity. On electrical contact surfaces, however, corrosive processes can occur with other materials. To avoid this at the contact surfaces and to ensure the lowest possible and time-stable low electrical contact resistance these contact surfaces, and only these are coated with a noble metal such as gold or silver.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die aus Aluminium bestehenden Bauteile direkt nach der Herstellung durch Warmpressen, Schmieden oder als Aluminiumgussteil eloxiert werden. Hieran den Eloxierungsprozess oder den Sol-Gel-Prozess anzuschließen ist fertigungstechnisch einfacher und billiger.In a further advantageous embodiment, it is stated that the components made of aluminum are anodized directly after production by hot pressing, forging or as an aluminum casting. Connecting the anodization process or the sol-gel process to this is simpler and cheaper in terms of manufacturing technology.

Vorteilhafterweise kann die Passivierungsschicht oder die chemisch aufgebrachte Schicht in einer Schichtdicke bis 100 Mikrometer ausgeführt sein.Advantageously, the passivation layer or the chemically applied layer can be embodied in a layer thickness of up to 100 micrometers.

In besonders vorteilhafter Weise ist ausgestaltet, dass die Bauteile einer Nieder-, Mittels- oder Hochspannungsschaltanlage sind, bei welchen die Passivierungsschicht lediglich von den Bereichen entfernt und dort die Edelmetallbeschichtung abgeschieden wird, die die Kontaktflächen mit anderen Bauteilen bilden.In a particularly advantageous manner is configured that the components of a low, medium or high voltage switchgear are in which the passivation layer only removed from the areas and there the precious metal coating is deposited, which form the contact surfaces with other components.

Im Hinblick auf ein Bauteil einer elektrischen Schaltanlage, auf denen sich Kontaktflächen zur Herstellung von Kontakten mit anderen Bauteilen befinden, besteht der Kern der Erfindung darin, dass ausschließlich die Oberflächenbereiche die als Kontaktflächen dienen mit Edelmetall beschichtet sind, und die übrige Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht versehen ist. Somit wird bei der Anwendung von Aluminium als Bauteilmaterial eine hohe Stromtragfähigkeit des Bauteiles mit einem vergleichsweise preiswerten Material ermöglicht, während nur die elektrisch stark beanspruchten Kontaktbereiche mit einem Edelmetall beschichtet sind.With regard to a component of an electrical switchgear, on which there are contact surfaces for making contacts with other components, the core of the invention is that only the surface areas serving as contact surfaces are coated with noble metal, and the remaining surface with an electrically insulating Passivation layer is provided. Thus, in the application of aluminum as a component material, a high current carrying capacity of the component is made possible with a comparatively inexpensive material, while only the electrically heavily stressed contact areas are coated with a noble metal.

Vorzugsweise liegt die Schichtdicke der Passivierungsschicht zwischen 0,05 und 100 Mikrometer.The layer thickness of the passivation layer is preferably between 0.05 and 100 micrometers.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das als Beschichtung abgeschiedene Edelmatall Silber oder Gold ist. Da dieses erfindungsgemäß und reproduzierbar nur auf den wirklich benötigten Bereichen abgeschieden wird, werden gegenüber anderen Verfahren erhebliche Mengen von Edelmetall eingespart. Mit der spanenden Freilegung der besagten mit Edelmetall zu belegenden Bereiche, oder einer chemischen Freiätzung derselben können diese sodann wieder unpassivierten Bereiche sehr genau gefertigt werden.In a further advantageous embodiment, it is stated that the precious metal deposited as a coating is silver or gold. Since this is inventively and reproducibly deposited only on the really needed areas, significant amounts of precious metal are saved over other methods. With the chucking exposure of said areas to be coated with noble metal, or a chemical free etching of the same, these then again unpassivated areas can be made very accurately.

Außerdem wird der Vorgang des Aufbringens des Edelmetalls durch elektrolytische Abscheidung sehr einfach, weil man das gesamte Bauteil in das Elektrolysebad einlegen kann. Automatisch wird nur dort Edelmetall abgeschieden, wo die freigelegten Flächen der Passivierungschicht vorliegen. So wird automatisch nur dort Edelmetall abgeschieden, obwohl das gesamte Bauteil im Elektrolysebad liegt.In addition, the process of depositing the noble metal by electrolytic deposition becomes very easy because the entire component can be inserted into the electrolytic bath. Automatically, precious metals are deposited only where the exposed surfaces of the passivation layer are present. Thus, precious metals are automatically deposited there only, even though the entire component is in the electrolysis bath.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Passivierungsschicht aus einem Oxid des Materials des Bauteils besteht, wobei vorzugsweise das Bauteil aus Aluminium besteht und das Oxid, das heisst die Passivierungsschicht Aluminiumoxid ist.In a further advantageous embodiment, it is indicated that the passivation layer consists of an oxide of the material of the component, wherein preferably the component consists of aluminum and the oxide, that is, the passivation layer is alumina.

Die Erfindung ist an einem Ausgestaltungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.The invention is illustrated by a design example in the drawing and described in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1: Polteil einer Mittelspannungsschaltanlage 1 : Pole part of a medium voltage switchgear

2: Detail eines erfindungsgemäß beschichteten Bauteiles eines Polteils. 2 : Detail of an inventively coated component of a pole piece.

1 zeigt im Querschnitt ein sogenanntes Polteil einer Mittelspannungsschaltanlage. Innerhalb desselben ist eine Vakuumschaltkammer 10 angeordnet. Die Anschlüsse derselben sind über die Anschlussteile 12 und 13 nach außen geführt. In einem Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind diese Anschlussteile 12 und 13 mit der erfindungsgemäßen Bereichsversilberung versehen. 1 shows in cross section a so-called pole part of a medium-voltage switchgear. Within it is a vacuum interrupter chamber 10 arranged. The connections are the same over the connecting parts 12 and 13 led to the outside. In an embodiment of the invention, these connection parts 12 and 13 provided with the invention range silver plating.

2 zeigt im Detail das obere Anschlussstück 13. Da es hier auf den Erhalt einer hohen Stromtragfähigkeit ankommt sind diese Teile aus gut leitendem Material, wie bspw Aluminium. Um jedoch an der äußeren Anschlussfläche eine möglichst geringen Übergangswiderstand zu erzielen, werden genau diese Bereiche, und nur diese Bereiche in der erfindungsgemäßen mit Edelmetallen beschichtet. Um zu vermeiden, dass unnötig viel Edelmetall verschwendet wird, indem bspw wie bekannt, das ganze Bauteil 12 mit Edelmetall beschichtet wird, wird das Aluminiumbauteil zunächst passiviert bspw eloxiert und anschließend wird nur die benötigte Anschlussfläche 20 mit Edelmetall beschichtet. Dies minimiert den Verbrauch von Edelmetall nur auf die benötigten Areale. Zu diesem Zweck wird vor der Beschichtung nur im benötigten Bereich der Anschlussfläche 20 wieder die Passivierung entfernt, so dass sich bei der Edelmetallbeschichtung dort, und nur dort Edelmetall abscheidet. 2 shows in detail the upper connector 13 , Since it depends here on the receipt of a high current carrying capacity, these parts are made of good conductive material, such as aluminum. However, in order to achieve the lowest possible contact resistance at the outer pad, exactly these areas, and only these areas are coated in the invention with precious metals. In order to avoid that unnecessarily much precious metal is wasted, for example, as known, the whole component 12 is coated with precious metal, the aluminum component is first passivated, for example, anodized and then only the required connection surface 20 coated with precious metal. This minimizes the consumption of precious metal only to the required areas. For this purpose, before coating only in the required area of the pad 20 the passivation is removed again so that precious metal coating is deposited there, and only there is precious metal.

Außer bei dem hier dargestellten Bauteil ist die Erfindung anwendbar auf folgende Bauteile einer Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage:

  • – Sämtliche Anschlussteile im Polgehäuse einer Schaltanlage, die im Volumen aus Aluminium bestehen und nur eine Anschlussteilfläche haben, an der eine Kontaktierung mit anderen stromführenden Teilen vorgenommen wird.
  • – Elektrische und mechanische Durchführungen an einem Polteil einer Schaltanlage.
  • – Sammelschienen einer Mittelspannungsschaltanlage.
Except for the component shown here, the invention is applicable to the following components of a low, medium or high voltage switchgear:
  • - All connection parts in the pole housing of a switchgear, which consist in the volume of aluminum and have only one connection surface, on which a contact with other live parts is made.
  • - Electrical and mechanical feedthroughs on a pole part of a switchgear.
  • - Busbars of a medium-voltage switchgear.

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für elektrische Kontakte oder elektrische Verbindungselemente, welche in einem Bereich von Kontaktflächen mit einer partiellen Edelmetallbeschichtung versehen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile zur Verwendung in der Mittel- oder Hochspannungungstechnik insgesamt zunächst mit einer elektrischen bzw. elektrisch isolierenden Passivierungsschicht versehen werden oder chemisch nach dem bekannten Sol-Gel Verfahren beschichtet werden, oder mit einer Kunststoffbeschichtung beschichtet werden, und dass anschließend diese Passivierung an Kontaktstellen chemisch oder mechanisch entfernt wird, und das gesamte Bauteil anschließend in ein elektrolytisches Bad gegeben wird, in welchem auf diese Weise das Edelmetall nur auf Partien des Bauteiles abscheidet, an welchem die Passivierung entfernt wurde.Method for producing components for electrical contacts or electrical connecting elements, which are within a range of Contact surfaces are provided with a partial noble metal coating, characterized in that the components for use in the medium or high voltage engineering in total initially be provided with an electrically or electrically insulating passivation layer or chemically coated by the known sol-gel process, or with a plastic coating be coated, and then that this passivation at contact points is chemically or mechanically removed, and then the entire component is placed in an electrolytic bath, in which in this way the noble metal deposits only on portions of the component on which the passivation was removed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Aluminium besteht und die Passivierungschicht aus einer als Eloxierung bezeichneten elektrolytisch erzeugten Aluminiumoxidschicht besteht.A method according to claim 1, characterized in that the component consists of aluminum and the passivation layer consists of an electrolytically produced aluminum oxide layer designated as anodization. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Aluminium bestehenden Bauteile direkt nach der Herstellung durch Warmpressen, Schmieden oder als Aluminiumgussteil eloxiert werden.A method according to claim 2, characterized in that the components made of aluminum are anodized directly after production by hot pressing, forging or as an aluminum casting. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht in einer Schichtdicke bis 100 Mikrometer ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the passivation layer is carried out in a layer thickness of up to 100 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile Bauteile einer Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage sind, bei welchen die Passivierungsschicht lediglich von den Bereichen entfernt und dort die Edelmetallbeschichtung abgeschieden wird, die die Kontaktflächen mit anderen Bauteilen bilden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the components are components of a medium or high voltage switchgear in which the passivation layer is removed only from the areas and there the noble metal coating is deposited, which form the contact surfaces with other components. Bauteil einer elektrischen Mittelspannungs- oder Hochspannungs-Schaltanlage, auf denen sich Kontaktflächen (20) zur Herstellung von Kontakten mit anderen Bauteilen befinden, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich Oberflächenbereiche die als Kontaktflächen (20) dienen mit Edelmetall beschichtet sind, und die übrige Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht versehen ist.Component of a medium-voltage or high-voltage electrical switchgear, on which contact surfaces ( 20 ) for the production of contacts with other components, characterized in that only surface areas serving as contact surfaces ( 20 ) are coated with precious metal, and the remaining surface is provided with an electrically insulating passivation layer. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Passivierungsschicht zwischen 0,05 und 100 Mikrometer gewählt ist.Component according to claim 6, characterized in that the layer thickness of the passivation layer is selected between 0.05 and 100 micrometers. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das als Beschichtung abgeschiedene Edelmatall Silber oder Gold ist.Component according to claim 6, characterized in that the deposited as a coating noble metal is silver or gold. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht aus einem Oxid des Bauteilmateriales besteht.Component according to claim 6, characterized in that the passivation layer consists of an oxide of the component material. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Aluminium besteht und das Oxid Aluminiumoxid ist.Component according to claim 9, characterized in that the component consists of aluminum and the oxide is aluminum oxide. Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil chemisch nach dem Sol-Gel Verfahren beschichtet ist.Component according to one of claims 6 to 10, characterized in that the component is chemically coated by the sol-gel method. Bauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil chemisch mit einem Lack oder im warmen Zustand mit einem Pulver beschichtet ist.Component according to one of claims 6 to 11, characterized in that the component is chemically coated with a paint or in the warm state with a powder.
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